Siemens气体分析仪：让看不见的分子开口说话

一、引言

在化工塔罐林立的厂区、在垃圾焚烧炽热的炉膛、在空分装置零下200℃的冷箱，气体分子像"隐形访客"般穿梭往来。它们或参与反应，或威胁安全，或左右排放指标。如何把这些"访客"的组成、浓度与行踪实时告诉操作者？Siemens用70年沉淀出的答案——气体分析仪——让看不见的分子开口说话。今天，从ULTRAMAT、OXYMAT到SITRANS TDL，Siemens已构建覆盖红外、紫外、热导、激光、顺磁、电化学、色谱的全谱系平台，为工业过程与环境保护提供"连续、精准、智能"的气体数据底座。

二、技术谱系：六大原理，各司其职

1.非分光红外（NDIR）——"多面手"

ULTRAMAT 23/6系列采用NDIR技术，利用CO₂、CO、SO₂、CH₄等分子在2–10µm波段特征吸收，实现ppm级检测。双通道差分设计可抵消光源老化与窗口污染，漂移＜1%FS/月；模块化光池支持三组分同时测量，响应时间T90＜3 s，是CEMS与燃烧优化的主力。

2.顺磁氧——"氧专家"

OXYMAT 6基于氧气强顺磁性，在交变磁场中形成"磁风"，改变热丝电阻，从而测得0–100%范围氧浓度；OXYMAT 64则切换到ZrO₂固态电势法，可在0–10 ppm痕量区间提供0.1 ppm检测限，为空分高纯氮、氩质量保驾护航。

3.热导——"轻气体捕手"

CALOMAT 6利用H₂、He高热导率，与N₂载气形成差值，实现0–1%、0–100%两段任意切换，T90＜2 s，适用于制氢、氯碱、合成氨装置中氢纯度在线监控。

4.激光二极管（TDLAS）——"原位快枪手"

SITRANS TDL把760 nm、1.65µm激光束直射过程管道，波长扫描+谐波检测使NH₃、HCl、HF、CO、O₂的测量无需采样，响应＜1 s，光程1–10 m，分辨率可达0.1 ppm，是SCR脱硝、盐酸吸收塔实时闭环。

5.火焰离子（FID）——"总烃放大镜"

FIDAMAT 6通过氢火焰把烃类电离，测得总碳氢（THC）浓度，检测限0.1 ppm，用于空分冷箱爆炸风险预警与发动机台架排放测试。

6.气相色谱（GC）——"痕量指纹库"

MAXUM II系列把多阀多柱集成到防爆箱，一次进样可分离C₁–C₆烃、含氧、含硫等30多种组分，重现性±1%，为乙烯裂解、环氧乙烷工艺提供"实验室级"在线数据。

三、明星产品：从"小钢炮"到"巨无霸"

-ULTRAMAT 23：19"机架，3组分任意组合，IP65，价格友好，是中小企业CEMS入门标配。

-ULTRAMAT 6：高温光池版可在190℃烟气直测SO₂、NOx，漂移＜0.5%FS/周，满足德国17.BImSchV标准。

-OXYMAT 64：ZrO₂固态传感器，650℃恒温，0–10 ppm O₂检测限0.1 ppm，年漂移＜2%，空分高纯氮金标准。

-SITRANS TDL：Cross-Duct原位安装，无需采样，1 s响应，SCR脱硝NH₃逃逸≤2 ppm闭环控制。

-CALOMAT 6：0–100%H₂单量程，防爆1区，用于合成氨新鲜气氢纯度99.9995%监测。

-MAXUM II：双炉+双检测器，8 min完成苯、甲苯、苯乙烯全分析，是石化厂GB 31571达标"利器"。

四、Siemens气体分析仪应用场景：从火焰到冷焰，从烟囱到火炬

1.火电与垃圾焚烧

在660 MW燃煤机组，7MB2335-0MJ00-1AA1同时测SO₂、NOx、CO、O₂，数据通过MODBUS RTU接入DCS，脱硫效率由92%提升至98%，年减排SO₂210 t；在750 t/d垃圾炉，HCl、HF激光原位系统与石灰浆泵连锁，酸雾排放降至5 mg/Nm³以下。

2.钢铁与水泥

高炉煤气含CO 22–25%，OXYMAT 6把氧浓度控制在0.2%以下，防止布袋除尘器爆炸；回转窑尾烟气CO与NOx双参数闭环，使窑温下降30℃，吨熟料煤耗降低2 kg，年省100万元。

3.空分与制氢

OXYMAT 64监测氮气产品氧≤1 ppm，保证光纤预制棒炉内无氧化着色；CALOMAT 6测99.999%H₂，为70 MPa加氢站提供纯度数据，燃料电池车每100 km节氢0.3 kg。

4.石化与制药

MAXUM II在线监测环氧乙烷装置循环气中C₂H₄、O₂、CO₂，把选择性从80%提到87%，年增产1.8万吨；FIDAMAT 6把溶剂储罐区THC报警值设在50 ppm，VOCs无组织排放下降90%。

五、数字孪生：从"分析仪"到"分析生态"

Siemens将气体分析仪接入PCS 7与MindSphere，赋予三大新能力：

-预测性维护——AI对比光强衰减曲线，提前14天提示光源寿命，计划外停机降60%；

-数字校准——云端自动下载EPA、TÜV最新线性化系数，无需人工标气；

-碳排核算——系统按GB/T 32150自动生成小时级CO₂排口数据，与全国碳市场平台无缝对接。

六、Siemens气体分析仪选型与维护：让精准持久在线

1.样气处理：高温高尘烟气必须配180℃伴热管+陶瓷滤芯，避免SO₂溶于冷凝水导致"假负值"；

2.量程匹配：SO₂在超低排放20 mg/Nm³时，选0–100 ppm最小量程，分辨率0.1 ppm，相对误差＜2%；

3.校准周期：NDIR建议3个月用80%FS标气核查，漂移＞1%即自动触发单点校准；

4.防爆区域：Zone 1选Ex d机壳，Zone 2可用Ex p正压吹扫，氢气环境须把CALOMAT 6传感器改为惰性铂丝，防止催化反应。

七、结语

从1950年代第一台顺磁氧表，到今天的激光、AI、云三重加持，Siemens气体分析仪始终围绕同一使命：把"未知"变成"已知"，把"经验"升级为"数据"。在双碳、双控、双碳排市场驱动下，分析仪器不再只是仪表，而是工艺优化、合规排放、安全预警与交易结算的核心数据源。选择Siemens，意味着选择一条"连续、精准、可验证"的气体数据链——让看不见的分子，成为可量化、可预测、可盈利的生产要素。